彌散強化銅基復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于銅基復合材料技術領域，尤其涉及一種Al2O3彌散強化銅基復合材料 的制備方法。
【背景技術】
[0002] 彌散強化銅合金是在銅基體中引入熱穩定性高、顆粒細小且呈彌散分布的氧化物 粒子，通過阻礙位錯運動，抑制再結晶，從而在不明顯降低材料導電性的基礎上，大幅提高 銅基體高溫強度的一種復合材料，通常稱為"彌散強化銅基復合材料"。此類材料由于具有 高的導熱率和導電率以及優良的高溫性能和抗蝕性能，被廣泛應用于微波器件、焊接電極、 集成電路引線框架、轉換開關、觸頭材料等方面。常見的氧化物粒子有A1 203、Cr203、Zr20 3、 5102、1102、1%0工&0等，其中又以41 203最為常用。彌散強化銅合金的制備方法主要有：粉末 冶金法、機械合金化法、復合電沉積法、混合鑄造法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、反應噴射沉 積法、內氧化法等，其中內氧化法是目前規模化生產彌散強化銅合金的較佳方法。內氧化法 又可分為：粉末內氧化法和薄板內氧化熱擠壓法。粉末內氧化法的工藝流程為：熔煉Cu-Al 合金一水霧化或N2霧化法制備Cu-Al合金粉末一Cu-Al合金粉末與Cu2O粉末混合一混合粉 末內氧化一用H 2除去殘余氧一熱壓、燒結一熱擠壓成型。薄板內氧化熱擠壓法的工藝流程 為：熔煉Cu-Al合金一熱軋或冷軋法制備Cu-Al合金薄板一合金薄板內氧化一內氧化薄板 真空包套封裝一熱擠壓成型。可見，粉末內氧化法需要粉末霧化設備以及真空燒結設備，存 在工藝復雜、生產成本高等問題；而薄板內氧化熱擠壓法在制備薄板狀彌散強化銅合金材 料時可省去真空包套封裝和熱擠壓成型，工藝簡單，但在制備塊狀彌散強化銅合金材料時， 在后續工藝過程中需進行真空包套封裝。真空包套封裝效率較低，同樣使該方法存在生產 成本高的問題。
[0003] 現有技術中，專利CN 101956094 B公開了一種通過摻雜微量金屬元素并利用粉末 內氧化法來制備高強高導彌散強化銅合金，該方法采用的是粉末內氧化法，生產周期長，工 藝復雜，且用該方法制備出的銅合金在材料的致密性上可能存在問題。專利CN 101121974 B公開了一種利用薄板內氧化制備Cu-Al2O3合金的方法，該方法是薄板內氧化熱擠壓法，與 粉末內氧化法相比，取消了粉末制備過程，工藝流程相對簡單；但利用該方法制備塊狀合金 時，需利用包套對內氧化后的薄板進行真空包套封裝，效率較低，不利于規模化生產，且在 制備的塊狀材料中易存在薄板界面結合較差的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種具有高致密度、高強度、高導電性的Al2O3彌散強化銅 基復合材料的制備方法，該制備方法工藝簡單、生產周期短、生產效率高。
[0005] 為實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種Al2O3彌散強化銅基復合材料的制備方法，包括下列步驟：
[0007] 1)合金熔煉：熔煉Cu-Al合金，并澆鑄成合金鑄錠；
[0008] 2)合金薄板軋制：將步驟1)所得合金鑄錠先熱鍛，后熱軋成坯料，再冷軋成合金 薄板，冷軋過程需經中間退火；
[0009] 3)合金薄板內氧化：將步驟2)所得合金薄板埋入由Cu20、Cu、A1 203組成的混合粉 末中進行內氧化，得內氧化薄板；
[0010] 4)內氧化薄板重熔：將步驟3)所得內氧化薄板重新熔煉后澆鑄，即得Al2O3彌散 強化銅基復合材料。
[0011] 步驟1)中，所述的Cu-Al合金是在純Cu基料中加入質量百分數為0.15 %? 0· 50%的 A1。
[0012] 步驟2)中，所述熱鍛和熱軋的溫度是700°C?900°C。始鍛和始軋溫度900°C，終 鍛和終軋溫度700°C。
[0013] 步驟2)中，所述的中間退火是當坯料厚度每減少30%，進行一次中間退火，退火 溫度為450°C，保溫時間為I. 5h。
[0014] 步驟2)所得合金薄板厚度是0· 5mm?I. 5mm。Al含量越高，合金薄板厚度最好越 薄。
[0015] 步驟3)中，所述的Cu20、Cu、Al2O3組成的混合粉末質量比為Cu 20 :Cu !Al2O3= 3 : 3 :4〇
[0016] Cu及Cu2O粉末的加入是為保證足夠的氧分壓進行內氧化，Al2O3粉末可防止合金 薄板在內氧化過程中粘結Cu和Cu 2O粉末。
[0017] 步驟3)中，所述的內氧化溫度是900°C，時間是5h?15h。
[0018] 步驟3)是將步驟2)所得的合金薄板埋入密封罐內由Cu20、Cu、Al 2O3組成的混合 粉末中，將密封罐用耐火泥漿密封，經200°C干燥2h，然后進行內氧化。
[0019] 所述的耐火泥漿是鋁礬土和水玻璃按質量比為鋁礬土：水玻璃=1 :2混合制得。
[0020] 還包括對步驟4)所得的彌散強化銅基復合材料進行熱擠壓加工，加熱溫度 為800 °C，保溫2h，制備成Al2O3彌散強化銅基復合材料棒材。熱擠壓過程中，擠壓力為 780MPa?900MPa，擠壓速率為35mm/s ;模具預熱溫度為400°C。
[0021] 步驟4)所得Al2O3彌散強化銅基復合材料鑄錠，既可經切削加工直接制備零件，也 可經壓力加工（熱鍛、熱壓、熱擠壓、乳制、冷拔等，采用其中的一種或多種工序）制備出各 種型材，再經切削加工制備所需零件。
[0022] 步驟4)中重新熔煉后的熔融液中，因 Al2O3顆粒較少且細小（納米級），不會出現 聚集和上浮，而是均勻懸浮在Cu液中，澆鑄凝固后均勻分布在Cu基體中，并且與Cu基體成 共格關系，因此制得的Al 2O3彌散強化銅基復合材料鑄錠致密性好，不存在粉末內氧化法以 及薄板內氧化熱擠壓法制品中可能出現的空洞以及薄板界面結合較差的問題。
[0023] 本發明的Al2O3彌散強化銅基復合材料的制備方法，與粉末內氧化工藝相比，省略 了霧化制粉、熱壓燒結工序，與薄板內氧化熱擠壓法相比，省去了真空包裝封套工序，大大 縮短了制備彌散強化銅基復合材料的生產周期，降低了成本，提高了生產效率，便于工業化 生產，同時采用本發明制得的Al 2O3彌散強化銅基復合材料是一種高強高導彌散強化銅基 復合材料，其鑄態及熱擠壓態均具有高的強度、導電性、軟化溫度和良好的致密性。
【具體實施方式】
[0024] 以下結合實施例對本發明的技術方案進行具體的說明，但不限定本發明的技術方 案。
[0025] 實施例1
[0026] 本實施例的Al2O3彌散強化銅基復合材料的制備方法，是采用質量分數 Cu彡99. 95%的電解銅、質量分數Al彡99. 90%的工業純鋁為原料，具體包括以下步驟：
[0027] 1)合金熔煉：在Cu基材料中添加質量分數為0. 15%的A1，于中頻感應電爐中熔 煉，澆鑄成合金鑄錠，即尺寸為Φ80πιπιΧ 150mm的金屬鑄模；
[0028] 2)合金薄板制備：合金鑄錠除去表面缺陷，700°C?900°C溫度范圍內熱鍛成截面 尺寸為95mmX 30mm矩形坯料，始鍛溫度900°C，終鍛溫度700°C，再經700 °C?900 °C溫度 范圍內熱軋成15mmX IOOmm的矩形坯料，始軋溫度900°C，終軋溫度700°C，隨后在軋機上 進行多道次冷軋，冷軋過程中坯料厚度每減少30%，需經一次中間再結晶退火，退火溫度為 450°C，保溫時間為I. 5h，得厚度為I. 5mm的軋制薄板；將軋制薄板截成面積IOOmmX IOOmm 方形合金薄板，用金相砂紙對合金薄板表面進行輕微打磨并清洗；
[0029] 3)合金薄板內氧化：將表面清理干凈的多塊合金薄板埋入銅罐內質量比為Cu2O : Cu =Al2O3= 3 :3 :4的混合粉末中，銅罐蓋上銅蓋板并用耐火泥漿將蓋與銅罐的縫隙密封， 密封罐經200°C干燥2h后，裝入加熱爐中進行900°C內氧化12h，充分氧化透，空冷；所述的 耐火泥漿是鋁礬土和水玻璃按質量比為鋁礬土：水玻璃=1 :2混合制得；
[0030] 4)內氧化薄板重熔：將步驟3)所得的內氧化薄板重新置于中頻感應電爐中熔煉， 澆鑄成規格為Φ 80mm的鑄錠，即得Al2O3彌散強化銅基復合材料鑄錠；
[0031] 5)復合材料鑄錠的加工：復合材料鑄錠去皮后進行加熱，加熱溫度為800°C，保溫 2h，模具預熱溫度為400°C，然后在8MN雙動擠壓機上進行熱擠壓，鑄錠加熱溫度擠壓速率 為35mm/s，擠壓力780MPa，熱擠壓制備成Φ20πιπι的Al 2O3彌散強化銅基復合材料棒材。
[0032] 實施例2
[0033] 本實施例的Al2O3彌散強化銅基復合材料的制備方法，是采用質量分數 Cu彡99. 95%的電解銅、質量分數Al彡99. 90%的工業純鋁為原料，具體包括以下步驟：
[0034] 1)合金熔煉：在Cu基材料中添加質量分數為0. 15%的A1，于中頻感應電爐中熔 煉，澆鑄成合金鑄錠，即尺寸為Φ80πιπιΧ 150mm的金屬鑄模；
[0035] 2)合金薄板制備：合金鑄錠除去表面缺陷，700°C?900°C溫度范圍內熱鍛成截面 尺寸為95mmX 30mm矩形坯料，始鍛溫度900°C，終鍛溫度700°C，再經700 °C?900 °C溫度 范圍內熱軋成15mmX IOOmm的矩形坯料，始軋溫度900°C，終軋溫度700°C，隨后在軋機上 進行多道次冷軋，冷軋過程中坯料厚度每減少30%，需經一次中間再結晶退火，退火溫度為 450°C，保溫時間為I. 5h，得厚度為I. Omm的乳制薄板；將乳制薄板截成面積IOOmmX IOOmm 方形合金薄板，用金相砂紙對合金薄板表面進行輕微打磨并清洗；
[0036] 3)合金薄板內氧化：將表面清理干凈的多塊合金薄板埋入銅罐內質量比為Cu2O : Cu =Al2O3= 3 :3 :4的混合粉末中，銅罐蓋上銅蓋板并用耐火泥漿將蓋與銅罐的縫隙密